精密测量技术——期末知识点总结(前两章)

1、精密测量技术期末知识点总结一精密测量的意义与发展12测量的基本概念测量：以确定量值为目的的一组操作。也就是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。测试：是指具有试验性质的测量。也可理解为试验和测量的全过程。检验：是判断被测物理量是否合格（是否在规定范围内）的过程，通常不一定要求测出具体值。因此检验也可理解为不要求知道具体值的测量。检验的主要对象是工件。检定：为评定计量器具是否符合法定要求所进行的全部工作，它包括检查、加标记和出具检定证书。检定的主要对象是计量器具。比对：在规定的条件下，对相同不确定度等级的同类基准、标准或工作用计量器具之间的量值进行比较的过程。一个完整的测量过程应由下述四部分组成

2、，即测量过程四要素：（1） 测量对象和被测量（2） 测量单位和标准量（3） 测量方法（4） 测量不确定度测量方法分类：直接测量和间接测量、绝对测量和相对测量、接触测量和非接触测量、单向测量和综合测量（例如齿轮整体误差的测量、丝杠的螺旋线误差测量）、手动测量和自动测量、工序测量和终结测量、以及主动测量（也叫在线测量）和被动测量等。测量不确定度：不确定度是指对测量结果不能肯定或有怀疑的程度。测量不确定度是表征合理赋予被测量之值的分散性，并与测量结果相联系的参数。测量不确定度是表征测量结果的一个容易定量、并便于操作的质量指标，它的大小决定了测量结果的使用价值。当给出的测量结果附有不确定度的说明时，才

3、是完整和有意义的。15测量不确定度标准不确定度，就是用标准差表征的不确定度，称为标准不确定度，用u表示。标准不确定度分A类评定与B类评定。A类：ux=sxn=1nn-1xi-x212；B类：经验判定。直接测量结果所要求的标准不确定度的合成值uc为其所有分量的算术平方根。不确定度的来源包括：被测量的定义不完全；被测量的复现不理想；测量样本的代表性；环境条件的影响；人员读数偏差；仪器分辨率的限制；测量标准赋值的不准确；引用常数或参数的不准确；测量方法的近似；各种随机影响（误差）；修正系统误差的不完善；不明显的粗大误差。以上来源可以分别归为设备、方法、环境、人员带来的不确定性误差，以及被测量定义、复

4、现和抽样的不确定性。1.3.1两个重要的测量原则1. 阿贝测长原则阿贝测长原则：将被测物与标准尺沿测量轴线成直线排列。即，标准量和被测尺寸按串联形式排列。为说明阿贝测长原则串联排列测长的优越性，以线纹尺的检定为例。（1）线纹尺检定并联排列方案误差分析图1-3 误差计算图图1-2并联排布误差示意图图1-1线纹尺检定并联排布方式如图1-2，并联间距为s。由于工艺的限制，导轨的直线度误差引起了测量时测量显微镜的偏斜，以角表示。则由此产生的测量误差为 =s*tan。设：s=100mm，=10“=0.00005rad，则 =s*tans*=100*1000*5*10-5=5 m.此误差为一次方的误差，即

5、误差与s和成正比。为减小此类误差，可以缩短s值，但往往会受并行结构的限制，因此主要应使值减小，这就对导轨制造提高了要求，导致成本的增加。（2）线纹尺检定串联排列方案误差分析图1-3线纹尺检定串联联排布方式图1-4串联排布误差示意图如图1-3，两显微镜的间距为l。由于工艺的限制，导轨的直线度误差引起了测量时测量显微镜的偏斜，以角表示。则由此产生的测量误差为 =l*1-cosl*1-(22)=l*(22),( 很小)。设：l=1000mm,=10“=0.00005rad,则 =l*22=1000*103*5*10-32/2=0.001 m.此误差为二次方的误差，即角很小时，可以忽略不计。由此可见，

6、在拟定测量方案时，如能符合阿贝原则，则测量偏斜引起的影响将很小，即、对导轨的直线度要求相对可以有所降低，从而降低了仪器的制造成本。但是，这种方法制造的测量仪器导轨较长，一般为被测长度的1.5倍，这样对大尺寸的测量是很不利的。因此在某些情况下不得已仍要采用并联布置方式，但随之必须对一次方误差采取补偿措施以降低影响，例如在1m测长机上采用光学补偿原理（爱帕斯坦原理，详见第二章）。2. 圆周封闭原则圆周封闭原则：在圆周分度器件（如刻度盘、圆柱齿轮等）中，在同一圆周上所有分度夹角之和等于360°，亦即所有夹角误差之和等于零。为说明自然封闭原则自检法的优越性，以方形角尺的检定为例。（1）方形角

7、尺检定直角尺比较测量方案图1-5方形角尺检定直角尺比较测量方案如图1-5，D为被检定的方形角尺，C为高精度直角尺。在测量时先将两指示器A和B用直角尺调至零位，然后再与方形角尺D的各角相比较，就可得到各角对90°的偏差值。此方案的测量精度不可能太高，因为标准直角尺本身的实际偏差直接反映在测量结果之中，被检定方形角尺的精度因而受测量角尺精度所限，很不经济。图1-6方形角尺检定自检法测量方案（2）方形角尺检定自检法测量方案如图1-6，把被检定的方形角尺垂直地放置在平板上，以角1的一个面为定位面。用自准直仪对准角1的另一个面，调整自准直仪，使其读数为零，即角1的读数e1=0。然后以该角1为定

8、角（用角表示，注意被测角和实际角1往往不是相等的）和其他各角进行比较，测得相应的e2、e3、e4。则各被测角的实际值为i=+ei，（i=1,2,3,4）上式左右两边各减去90°，可得：1=+e12=+e23=+e34=+e4上式相加，得：i=14i=4*+i=14ei由自然封闭条件可知：i=14i=i=14i-360°=0所以：=-14i=14ei可得各角偏差：i=+ei由此可见，因为方形角尺的四个直角构成封闭条件，因而按封闭原则用自检法不仅不需要更高精度的直角尺，同时能达到很高的精度（自准直仪精度较高）。因此对各种圆周分度器件、齿轮周节累计误差的测量都应当使用圆周封闭原则

9、。除这两个原则外，还有最小变形原则（采用相对测量法或优选接触点，梁的优选点有：白塞尔点（位于0.2203L，长度变化小）、艾利点（位于0.2113L，两断面平行度变化小）、最短测量链原则、基准统一原则（设计、加工、测量基准统一）、爱帕斯坦原理等。二精密测量的意义与发展21长度基准和米定义 米定义的复现方法：（1） 宏观测量法：平面电磁波在真空中，在时间间隔t内所行进路程的长度来复现，即L=ct。（2） 实验室法：用频率为f的平面电磁波的真空波长来复现，即c/f。（3） 定义法：直接使用米定义咨询委员会推荐使用的5种激光辐射和2类同位素光谱灯辐射的任一种来复现。一些测量标准件：线纹长度标准：线纹

10、尺；端面长度标准：量块；平面角标准：多面棱体、角度块、多齿分度台；图2-1一些长度量具平面度标准：平晶。 量规、量具、量仪不能指示量值的测量工具称为量规能指示量值，拿在手中使用的测量工具称为量具能指示量值的座式和上置式等测量工具称为量仪22线纹尺的检定测量方式分：并联纵动式（一次误差）、并联横动式（二次误差）、串联纵动式（二次误差）。相对测量法：用精度等级比被检线纹尺高一等的标准线纹尺与被检线纹尺的同名刻线间距相比较，借助于光学或光电显微镜读出两支线纹尺刻线间距的偏差值。绝对测量法：用绝对测量法检定线纹尺是在光电光波比长仪上进行的。该方法适用于高精度标准线纹尺的检定（测量方式为串联纵动式）。1

11、、激光管2、聚光镜3、小孔光阑4、准直镜5、反射镜6、分光镜7、可动角锥棱镜8、反射镜9、固定角锥棱镜10、移相板11、被检线纹尺12、光电显微镜13、转向镜14（15）、准直物镜16（17）、光电倍增管移相板是用两块材料和几何尺寸完全相同的平面平行玻璃按一定夹角胶合而成，安置在光轴的一边。移相板的作用可以获得1、3象限同相，2、4象限同相的两部分光，而且它们的相位差为90°。角锥棱镜可使任何方向入射的光线原路返回。测量原理：激光由激光管1发射，经聚光镜2，小孔光阑3，准直镜4调整准直，反射镜5调整方向，被分光镜6分为两束相干光线：一束经反射镜8反射，固定角锥棱镜9原路反射，反射镜8

12、反射，分光镜6反射，转向镜13分别射入准直物镜14（15），光电倍增管16（17）和电子计算机所组成的物镜接收系统；另一束反射光线经移相板10移相后，形成2组相位角差90°的干涉条纹，再经固定角锥棱镜7反射，移相板10移相，分光镜6透射，同样经转向镜13分别射入14（15），16（17）和电子计算机所组成的物镜接收系统。被检线纹尺11相对于光电显微镜12移动，实现动态测量。图2-9 光电显微镜12双管差动式光电显微镜12的成像面上有两个宽度等于刻线宽度像c的狭缝a1和a2。当被测刻线移过显微镜12下，与两个狭缝所成像相关的光电倍增管会产生u1和u2两个位相差为180°的电信

13、号，电信号被送至求差电路，得电压差信号u，当u1=u2，u=0时，则被测刻线位于两个狭缝的对称位置上，表示刻线已被瞄准。由于电压放大的缘故，对准刻线的精度可高达±0.010.02m。当被检线纹尺随可动角锥棱镜7移动了一个被测距离L时，光程差的改变为2L=k+*0/n，式中：k+ 干涉条纹变化的整数级和小数级， l0 激光在真空的波长，n 激光对空气的折射率。注意：为了减小温度误差，仪器应放在20±1的室内，并采用恒温罩，罩内的温度变化不应大于0.01。被检尺应支承在白塞尔点（位于0.2203L，则长度变化小）上；检定前对空气折射率进行测量，当空气折射率偏离正常状态时，需对测

14、量结果加以修正。修正量为：式中：n0正常状态下激光对空气的折射率；n 测量状态下激光对空气的折射率；Lk 线纹尺被测间隔的长度。23量块的检定相对测量法：将被测量块与精度等级比它高一等（ 或高一等以上）标准量块放在相应精度的仪器上进行比较，以求得被测量块的长度。主要用于二等量块的测量。仪器有：立式接触式干涉仪；0.2m投影光学计；数字式立式光学计；测长机；电容和电感测微仪。被测量块在20时对其标称长度的偏差为DL =DLDsDLr-DLC2式中：DLDs为标准量块（或仪器所配备其它长度标准器）在标准状态下，对其标称长度的偏差 ;DLr在测量状态下，由比较仪测得被测量块与标准量块（或其它长度标准

15、器长度）的差值; DLC2长度测量时由于被测量块和标准量块温度偏离标准状态所应引入的修正量。绝对测量法：将被测量块直接与标准光波波长进行比较, 从而推算出量块长度的方法，习惯上称作绝对测量法。主要用于一等量块的测量，能够实现这种测量的仪器统称为绝对光波干涉仪。根据不同的原理，绝对光波干涉仪可分以下几种类型：计数法、小数重合法、管状标准具光学倍乘法等【 JLG-1型激光量块干涉仪】属于计数法。仪器的光学系统（见图2-10）A、白光干涉系统;B、激光干涉系统;C、测定空气折射率的辅助测量干涉系统;D、投影系统;图2-10 JLG-1型激光量块干涉仪结构示意图E、自准校正装置.白光干涉系统：白炽灯光

16、源1经透镜2汇聚到狭缝3上，由透镜4扩束成平行光束，经反射镜5转向，射到分光镜6.在分光镜表面分成两路光束：一路透过分光镜经空心立体棱镜7转向，射到参考镜8；另一路由分光镜6反射，透过补偿镜9，由反射镜10转向射到被测量块和平晶组合体11的表面上。这两路光束沿原路返回后，在分光镜6处回合发生干涉，形成干涉条纹。再经透镜14、光阑21，到接收狭缝22，由棱镜23和24分别将量块和平晶表面所产生的干涉条纹信号分配给两个GDB-23光电倍增管25.由反射镜28的位置可以决定在白光干涉系统中引入白光，还是激光作照明光源。由反射镜15的位置可以决定干涉条纹的信号是射向光电倍增管供测量使用，还是射向投影屏

17、19供观察使用。反射镜12的角位移可以决定作小量块测量还是作大量块测量。反射镜12的线位移，可以决定作哪一块的测量工作。激光干涉系统：由激光管31发出的光线，经透镜32会聚到狭缝33，由透镜34扩束，发出平行光束，经反射镜35射到移相分光镜36.在分光面上光线被分成两路：一路在分光镜36上反射，由反射镜41转向，射到空心立体棱镜42，转射到空心两面直角棱镜43再反射经空心立体棱镜42、反射镜41、回到分光镜36；另一路由分光镜36透射，经反射镜37转向射到空心立体棱镜38，再射到空心两面直角棱镜39上，由39反射，经38、反射镜37回到分光镜36，与另一路反射光束相遇发生干涉，形成干涉条纹。在

18、分光镜36上镀有移向膜，使反射光与透射光位相差90°，然后由反射镜40和44射向两个光电倍增管45、46接收。测量开始时，空心立体棱镜7和38沿光轴方向做同步移动。在白光干涉仪中，参考光路与测量光路上量块测量面间光程相等时，产生零级干涉条纹（即黑色干涉带），并由光电倍增管25转换成电讯号输入计数器，此时发出讯号，使空心棱镜7和38沿光轴向左同步移动，并开始对激光干涉系统的干涉条纹进行计数。当白光干涉仪中的参考光路与测量光路中平晶表面等光程，又产生零级干涉条纹时，再由光电倍增管25转换成电讯号，输入计数器，停止空心棱镜7和38的移动，同时停止对激光干涉系统的干涉计数。电子计算机把记下的

19、干涉条数，经过倍频处理成当量脉冲数并转换成被测量块在测量状态下的长度值。仪器还备有辅助的折射率干涉系统，能将被测量块的长度从非标准的状态下转换成标准状态（气压为1.013*10-15Pa，温度为20，湿度为1333 Pa）下的长度。JLG-1型激光量块干涉仪适用于测量公称尺寸为0.51000mm的1等量块。仪器测量误差为lin=±0.03+0.2L,式中：L为被测量块的长度（以m为单位）。24轴类零件的测量2.4.2用工具显微镜测量轴径（1）影像法原理：最常用的非接触测量方法，利用仪器目镜分划板上的刻线对工件影象进行瞄准，读出相应读数，即可以测得内、外尺寸。优点：低精度要求下操作简单

20、，应用范围广泛。缺点：看似简单，实际麻烦。由于实际光源非点光源，使成象光束不平行，将对曲面轮廓的测量带来误差。须按被测工件的曲率半径调整光圈，以减小成象误差。还要考虑对准精度、轮廓粗糙度的影响。即便如此，每次测量值的分散性也很大，且被测轴径越大分散性越大。一般很少采用。（2）测量刀法原理：用直刃测量刀接触测量轴径，在测量刀上距刃口0.3mm处有一条平行于刃口的细刻线，在工具显微镜上测量时，用这条细刻线与测角目镜中米字中心线平行的第一条虚线对线瞄准读数，由于处于显微镜的最佳成像部分，有较高的测量精度。测量时必须用3倍物镜，测角目镜；正确对刀（采用该种方法测量关键的一步）且测量刀的磨损应修正。优点

21、：测量精度可比影像法提高约一倍。缺点：操作麻烦，很少使用。（3）干涉测量法目的：提高瞄准精度（瞄准精度同测量刀法），无光圈影响，减低对工件表面质量要求。实现方法有：微小孔照明干涉法（图2-13）、斜照明干涉法（图2-15）。 微小孔照明干涉法 原理：利用干涉条纹来对被测件进行瞄准和测量。干涉条纹的产生是罗埃镜干涉原理。当被测轴径一定时，第一条干涉条纹和轮廓的距离是不变的。优点：提高瞄准精度（瞄准精度同测量刀法），无光圈影响，减低对工件表面质量要求。缺点：第一条干涉条纹和轮廓的距离b与被测工件曲率半径有关，需事先通过实验得出 bR对照表，供测量时采用。从而影响了该法的推广应用。 斜照明干涉法 原

22、理：使光束以与光轴成角的方向射向被测表面，则a1的反射点移至最外轮廓处，即反射面平行于光轴。优点：如图可见，用该方法消除了被测工件曲率半径的影响，第一条干涉条纹和轮廓的距离b值是一个定值，能有效解决方法(1)的不足，用于相对测量，较为实用。附：为了使轴径测量时，相对边均能接受斜照明，利用上述原理设计的实用方案为双光束斜照明装置(如图2-16)。2.4.3轴径测量中的误差（以下仅包括接触式测量）接触式测量可分为点接触、线接触和面接触3种。点接触又有1点、2点、3点接触等。 1点接触测量（对滚法）原理：通过与已知轴径的量具的圆周对滚求出半径。由于定位基准为顶尖中心线，故顶尖的同轴度误差和定位精度直

23、接影响测量精度。这与孔、轴尺寸的定义不符，所以一般不采用。适用实例：适用于对被加工的精密大轴(10m以下)进行动态自动测量。测量误差小于10m。又例如在磨床上加工过程中测量轴径或用半径法测量圆度形状误差。（c） 2点接触测量（轴切法，应记住三类误差近似表达式）原理：用卡尺、千分尺、各种指示式量仪等测量轴径都是2点接触。误差实例：（a）直径偏离(显微镜、测量刀)，测量时应设法找到最大直径位置。（b）测量面不平行(卡尺、千分尺)，角度和轴径越大则误差越大。（c）纵截面倾斜(卡尺检验方向不垂直于轴线)，测量时应轻微摆动卡尺，找到最小示值。 3点接触测量（V型法）在V形铁上测量轴径就是3点接触测量方法

24、之一。把轴放在V形铁上，是2点定位，1点测量。原理：这种方法是以标准件的轴径D标对零位，测量轴径D测，在指示式量仪上所指示的数值与被测轴径的实际偏差和V形铁半角之间具有如下的关系：=D测-D标2*1+1sin=D测-D标*1+sin2sin=K*D测-D标式中，K=1+sin2sin。当V形铁半角=30°时，K=1.5；当V形铁半角=45°时，K=1.2；当V形铁半角=90°时，K=1，此时，3点测量变为了2点法测量。适用实例：3点接触式测量适用于带有奇数沟槽的刀具，如丝锥、铣刀、铰刀等；对于光滑圆柱工件，如测量其具有奇数棱的形状误差时，该方法是行之有效的。25孔

25、类零件的测量 光学灵敏杠杆法（1点接触测量，右图）视野中，三对双刻线的位置由接触的光学灵敏杠杆确定，则可辅助精确瞄准测量点。1、分划板2、平面反射镜3、测量杆4、光源5、杠杆6、测力弹簧7、物镜组8、目镜组其测量误差约为±0.002mm，适用于测量小孔、盲孔、台阶孔等，只能与3X物镜及测角目镜配合使用，D=x2-x1+d测式中需注意：d测为光学灵敏杠杆测头的半径。 表面反射式测量仪（没有图）方法：借助表面反射式测量仪，使目镜上生成两个像（实像、虚像），能将瞄准精度提高一倍。原理：表面反射原理。适用范围：精度高、速度快，适合孔的批量生产。S1S1 701型孔径干涉测量仪（1点接触测量，

26、下图）（可以有计算）原理：被测孔径与两块大小呈阶梯状的量块作比较，符合阿贝测长原则。方法：就是迈克尔孙干涉仪的孔径测量版。白光光源1经非球面透镜2，形成平行光束射到分光镜3上，被分成2束光：一束光束反射90°向下落到量块组9的阶梯表面上；另一支光束透射到参考反射镜7上。反射镜7和用以接触孔壁的测头6同时紧固在平行片簧机构5的可动板上。当移动片簧机构5使测头6与被测孔径的两边分别合适的接触时，参考镜7便分别处于S1和S1'的两个位置上。当S1到分光面的距离L1等于分光面到小量块表面距离L2时，由于分光后两支光束再返回时的光程相等，故产生第一次干涉，在视场中出现包括零级干涉带在内

27、的一组干涉条纹，并使零级干涉带与视场中刻有十字线的位置重合。当S1'到分光面的距离L1等于分光面到大量块表面的距离L2时，视场中再次出现干涉条纹。若测头在孔径内移动的距离（L1-L1'）正好等于量块组的阶梯高度（L2-L2'）时，则两次零级干涉带出现的位置重合。这说明孔径与测头尺寸之差（则测头在孔内移动之距离）正好等于所选用的大小量块之阶梯高度。如果这两个数值稍有差异，即测头在孔内移动的距离比选用的量块组阶梯高h大些或小些，则可通过插入于光路中的补偿光楔8，来改变这支光路的光程差，使两次出现的零级干涉带在视场中的位置重合。由光楔8的读数鼓轮上读出两者的差值，这个差值即为

28、=L1-L1'-（L2-L2'）于是被测孔径可按下式计算：D=d+h+=d+(h2-h1)+式中，d为测头球直径；h为量块组的阶梯高度；h2为大量块高度；h1为小量块高度，为鼓轮读数。该仪器保持了光波干涉法的高精度，测量误差约为± 0.5m，又克服了一般干涉法测量孔径时难以调整的问题，使用方便，稳定性和灵敏度都较好。需要注意的是需要良好的防震措施，如两级防震。 英国自准直测孔仪（可以理解为利用准直仪变长度测量为角度测量）特点：结构简单、测量精确度高（在严格要求的环境条件下）。这是因为1、 具有高精度的准直光管（分度值0.1）；2、 使用高精度的量块（不低于三等）作标准

29、尺寸，以比较法测量；3、 测量精度与测量头的尺寸精度无关，仅其形状误差有影响。 卧式（万能）测长仪1、 利用电眼闪耀装置以单钩测孔径。（可以理解为非接触式，测左边、右边差）d工作=d测得值+式中：为测量头的修正系数，1.42.2m，这是因为电眼测量时接触间隙1.42.2m。2、 用双测量钩测量孔径（2点接触测量，可以理解为游标卡尺测内孔的原理）。误差分析：n 在水平面内两侧头有偏移y：水平面内有偏差y误差分析：如左中图，这时测得的A值（万能测长仪上两次读数之差）A测=A1-A2=D标-d2-y2-D测-d2-y2而理想的A值应为A理=D标-D测则偏差Dy=A测-A理=D标-d2-y2-D测-d

30、2-y2n 理想情况：垂直平面内有偏差z误差分析：如左下图，这时测得的A值（万能测长仪上两次读数之差）A测=A1-A2=D标-d2-z2-D测-d2-z2而理想的A值应为A理=D标-D测则偏差Dy=A测-A理=D标-d2-z2-D测-d2-z2n 在垂直平面内两侧头有偏移z：同时存在y和z误差分析：如左中图，这时测得的A值（万能测长仪上两次读数之差）偏差Dy=A测-A理=D标-d2-y2-z2-D测-d2-y2-z2n 同时存在y和z：附上精度对比表：26大尺寸的测量如图是1m测长机的示意图：6是机身，在它的床面上装有刻线尺7和分划板14.刻线尺7上从0100mm内共有刻线1000条，故每格为

31、0.1mm；分划板14共有10块，每块相距100mm，在每一块上面刻有两条刻线和自09之间的一个数字，分别代表每一分划板距刻线尺7零刻线的距离的分米值。光线自光源15，经聚光镜、滤光片、反射镜后照亮分划板14。由于分划板位于物镜组11的焦平面上，故光线通过14后，经直角棱镜12和物镜组11后便形成平行光束，经同样焦距的物镜组9和棱镜8后，使分划板14成像于刻线尺7上（因刻线尺7亦放置在物镜组9的焦平面上）。通过读数显微镜3进行读数。小于0.1的读数由光学计管2完成。爱帕斯坦原则：设计上采用了对称的棱镜和物镜系统。如图：由于车身导轨直线度误差使尾架移动时绕S点偏转了一个角，在测量线上使被测线段减

32、小了ll=Hsin+lcos-l但由于尾架偏转了角，和尾架装在一起的棱镜12、物镜11也同时偏转了角。则如图：l1=F物镜焦距*tan，测量误差L=l-l1=Hsin+lcos-l-Ftan上式展开，略去三次方并化简得L=H-F-l*22如果取H=F，则最终测量误差为L=-l*22此为二阶微量的误差，故影响不大，此即爱帕斯坦原则。将氦氖激光器1置于一轴向磁场之中，由于塞曼效应的作用，使激光谱线分为两个幅值相同、方向相反的左、右旋圆偏振光。又由于频率牵引的作用，使这两支光的频率f1和f2相差不大，一般为1.5MHz左右，处在激光的可动方向互相垂直的线偏振光（设f1平行于纸面，f2垂直于纸面）。它

33、们经准直系统3扩束后，在分光镜4上被分为两部分：一小部分作为参考光束被反射，经45°放置的检测器产生拍频为（f1-f2）的“拍”。该信号由光电管6接收并转换为电信号，进入前置放大器7后送计算机处理；另一大部分光透过分光镜4，沿原方向射向偏振分光镜8。互相垂直的频率为f1和f2的偏振光，在分光面上分别被反射和透射至参考镜9和测量镜10，然后再返射回业在分光面处汇合。其中，由测量镜返回的偏振光由于多普勒效应，频率变为f=f1+f，其中f=2vcf1，v为测量镜移动速度。这两支光汇合后，经棱镜11反射到45°放置的检偏器12产生“拍”，信号由光电管接收，经前置放大器14后，送计算器处理。计算机将两路信号进行同步相减，得出多普勒频差f。在时间t内与被测长度对应的多普勒频差为k=0tfdt=0t2vcf1dt由于c=l*f1,v=dL/dt则k=0t2ldt=2Ll故被测长度L